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Estudo do comportamento à abrasão e formação de revestimentos aplicados por GTAW com dupla alimentação de arames tubulares

The present work investigates the formation of coatings using double feeding of tubular wires and the role of the microstructure against the mechanisms of abrasive wear. This study presents an original method, Flux-Cored-Double-Wire GTAW (FCDW-GTAW), where wires of different compositions were used s...

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Autor principal:	Colaco, Fernando Henrique Gruber
Formato:	Tese
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2021
Assuntos:	Revestimentos Desgaste mecânico Abrasivos Microestrutura Preparação de superfícies Solda e soldagem Coatings Mechanical wear Abrasives Microstructure Surface preparation Solder and soldering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA Engenharia Mecânica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24691
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id	riut-1-24691
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spelling	riut-1-246912021-04-08T06:11:32Z Estudo do comportamento à abrasão e formação de revestimentos aplicados por GTAW com dupla alimentação de arames tubulares Study of abrasion behavior and formation of coatings applied by GTAW with double feeding of tubular wires Colaco, Fernando Henrique Gruber Pintaude, Giuseppe https://orcid.org/0000-0001-8215-4481 http://lattes.cnpq.br/1793127692371314 Oliveira, Ana Sofia Climaco Monteiro de https://orcid.org/0000-0002-9736-6652 http://lattes.cnpq.br/3779022347677794 Silva, Carlos Henrique da https://orcid.org/0000-0002-2897-4347 http://lattes.cnpq.br/6218847264452522 Godoy, Geralda Cristina Duraes de https://orcid.org/0000-0001-9587-9350 http://lattes.cnpq.br/4329386108329268 Pintaude, Giuseppe https://orcid.org/0000-0001-8215-4481 http://lattes.cnpq.br/1793127692371314 Borges, Paulo Cesar https://orcid.org/0000-0002-9622-6412 http://lattes.cnpq.br/2389356434049800 Revestimentos Desgaste mecânico Abrasivos Microestrutura Preparação de superfícies Solda e soldagem Coatings Mechanical wear Abrasives Microstructure Surface preparation Solder and soldering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA Engenharia Mecânica The present work investigates the formation of coatings using double feeding of tubular wires and the role of the microstructure against the mechanisms of abrasive wear. This study presents an original method, Flux-Cored-Double-Wire GTAW (FCDW-GTAW), where wires of different compositions were used simultaneously to obtain different microstructures. The study was divided by the steps of manufacturing the bead and the performance of the obtained microstructures. For this, a matrix of Central Composite Design (CCD) of five factors and five levels was used to conduct experiments with GTAW: welding current, welding speed, standoff distance, torch angle, and feed pulse frequency wire. As a result of the manufacturing step, models to determine the geometry and dilution were obtained. The importance of the welding current and speed have on the effects on the weld bead. Six coatings were deposited on AISI1020 steel substrate in the performance step by combining the Fe-Cr-C, Fe-Cr-Cnb, Fe-Cr-C-Mo-Nb and Fe-Cr-C-Mo-Ti tubular wires. The result of the combination of these wires was a hypoeutectic microstructure with niobium and titanium carbides, with an average hardness of 650 HV0,3 and hypereutectic microstructures formed by different levels of niobium, with a microhardness variation from 820 to 1020 HV0,3. These microstructures’ performance was verified in abrasion tests on a macroscopic scale (linear scratching) and microscopic scale (microabrasion). In the scratch tests, a progressive load between 20 and 180 N was used in an HRC geometry penetrator to check the wear mechanisms and width. The coefficient of friction and cross-sectional images confirmed that the hypoeutectic microstructure showed more significant deformation than the hypereutectic ones. The average free path of carbide did not increase the abrasion resistance on a macroscopic scale. However, the hardness of the coating was decisive to minimize the wear width caused by the penetrator. In order to carry out the microabrasion tests, SiO2 and Al2O3 abrasives were used in the fraction of 2% diluted with distilled water, using conditions to reproduce the scratching mechanism with the “free sphere” test method and the normal load of 0.8 N. The wear results confirm the scratching mechanism in all samples tested with alumina and silica, except for the hypoeutectic microstructure worn with silica. The wear coefficient resulting from the alumina tests was higher than the results obtained with the abrasive silica. Wear resistance was determined mainly by the mean free path and by the fraction of MC type carbides and not by the matrix hardness. In conclusion, the resistance to linear scratching for microstructures composed of hard second phase depends on the degree of deformation imposed by the abrasive agent. In the case of tests on a microscopic scale, wear resistance was mainly affected by the coating’s hardness and started to depend on the hardness and fraction of the second hard phase when adequately supported by the matrix. O presente trabalho tem por objetivo investigar a formação de revestimentos usando dupla alimentação de arames tubulares e o papel da microestrutura frente aos mecanismos de desgaste abrasivo. Este estudo apresenta um método original, Flux-Cored-Double-Wire GTAW (FCDWGTAW), onde arames de diferentes composições foram usados simultaneamente para obter microestruturas diversas. O estudo foi dividido pelas etapas de fabricação do cordão e desempenho das microestruturas obtidas. Para isso, uma matriz de Projeto Composto Central (CCD) de cinco fatores e cinco níveis foi usada para conduzir experimentos com GTAW, sendo: corrente de deposição, velocidade de deslocamento, distância de afastamento, ângulo da tocha e frequência de pulso de alimentação do arame. Como resultado da etapa de fabricação, modelos para determinar a geometria e diluição foram obtidos, e a importância que a corrente e velocidade de deslocamento tem sobre os efeitos no cordão. Na etapa de desempenho, seis revestimentos foram depositados em substrato de aço AISI1020 pela combinação entre os arames tubulares: Fe-Cr-C, Fe-Cr-C-Nb, Fe-Cr-C-Mo-Nb, Fe-Cr-C-Mo-Ti. O resultado da combinação destes arames foi uma microestrutura hipoeutética com carbonetos de nióbio e titânio, com dureza média de 650 HV0,3 e microestruturas hipereutéticas formada por diferentes teores de nióbio, com variação de microdureza de 820 a 1020 HV0,3. O desempenho destas microestruturas foi verificado em ensaios de abrasão em escala macroscópica (riscamento linear) e escala microscópica (microabrasão). Nos ensaios de riscamento foi utilizado carga progressiva entre 20 e 180 N em um penetrador de diamante com geometria HRC para verificar os mecanismos e a largura do desgaste. O coeficiente de atrito e imagens da seção transversal confirmaram que a microestrutura hipoeutética apresentou maior deformação que as hipereutéticas. O caminho livre médio de carbonetos não aumentou a resistência à abrasão em escala macroscópica, mas a microdureza do revestimento foi determinante para minimizar a largura de desgaste causada pelo penetrador. Para a realização dos ensaios de microabrasão foram empregados os abrasivos SiO2 e Al2O3 na fração de 2% diluídos com água destilada, usando condições para reproduzir o mecanismo de riscamento com o método de ensaio “esfera livre” e carga normal de 0,8 N. Os resultados de desgaste confirmam o movimento de deslizamento das partículas em todas as amostras ensaiadas com alumina e sílica, exceto para a microestrutura hipoeutética desgastada com sílica. O coeficiente de desgaste resultante dos ensaios com alumina foi maior que os resultados obtidos com o abrasivo sílica. A resistência ao desgaste foi determinada principalmente pelo caminho livre médio e pela fração de carbonetos do tipo MC e não pela dureza da matriz. Como conclusão, a resistência ao riscamento linear para microestruturas compostas de segunda fase dura depende do grau de deformação imposto pelo agente abrasivo. No caso dos ensaios em escala microscópica, a resistência ao desgaste foi afetada principalmente pela dureza do revestimento e passou a depender da dureza e da fração da segunda fase dura, quando devidamente suportada pela matriz. 2021-04-08T00:56:06Z 2021-04-08T00:56:06Z 2021-02-05 doctoralThesis COLACO, Fernando Henrique Gruber. Estudo do comportamento à abrasão e formação de revestimentos aplicados por GTAW com dupla alimentação de arames tubulares. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24691 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR
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description	The present work investigates the formation of coatings using double feeding of tubular wires and the role of the microstructure against the mechanisms of abrasive wear. This study presents an original method, Flux-Cored-Double-Wire GTAW (FCDW-GTAW), where wires of different compositions were used simultaneously to obtain different microstructures. The study was divided by the steps of manufacturing the bead and the performance of the obtained microstructures. For this, a matrix of Central Composite Design (CCD) of five factors and five levels was used to conduct experiments with GTAW: welding current, welding speed, standoff distance, torch angle, and feed pulse frequency wire. As a result of the manufacturing step, models to determine the geometry and dilution were obtained. The importance of the welding current and speed have on the effects on the weld bead. Six coatings were deposited on AISI1020 steel substrate in the performance step by combining the Fe-Cr-C, Fe-Cr-Cnb, Fe-Cr-C-Mo-Nb and Fe-Cr-C-Mo-Ti tubular wires. The result of the combination of these wires was a hypoeutectic microstructure with niobium and titanium carbides, with an average hardness of 650 HV0,3 and hypereutectic microstructures formed by different levels of niobium, with a microhardness variation from 820 to 1020 HV0,3. These microstructures’ performance was verified in abrasion tests on a macroscopic scale (linear scratching) and microscopic scale (microabrasion). In the scratch tests, a progressive load between 20 and 180 N was used in an HRC geometry penetrator to check the wear mechanisms and width. The coefficient of friction and cross-sectional images confirmed that the hypoeutectic microstructure showed more significant deformation than the hypereutectic ones. The average free path of carbide did not increase the abrasion resistance on a macroscopic scale. However, the hardness of the coating was decisive to minimize the wear width caused by the penetrator. In order to carry out the microabrasion tests, SiO2 and Al2O3 abrasives were used in the fraction of 2% diluted with distilled water, using conditions to reproduce the scratching mechanism with the “free sphere” test method and the normal load of 0.8 N. The wear results confirm the scratching mechanism in all samples tested with alumina and silica, except for the hypoeutectic microstructure worn with silica. The wear coefficient resulting from the alumina tests was higher than the results obtained with the abrasive silica. Wear resistance was determined mainly by the mean free path and by the fraction of MC type carbides and not by the matrix hardness. In conclusion, the resistance to linear scratching for microstructures composed of hard second phase depends on the degree of deformation imposed by the abrasive agent. In the case of tests on a microscopic scale, wear resistance was mainly affected by the coating’s hardness and started to depend on the hardness and fraction of the second hard phase when adequately supported by the matrix.
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Estudo do comportamento à abrasão e formação de revestimentos aplicados por GTAW com dupla alimentação de arames tubulares

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